目前，現行的汽車總線標準很多，其中使用比較廣泛的有CAN總線、J1850等。這些總線都要采用專門的數據線束，且汽車的ECU單元對數據傳輸的要求不一致，需要在汽車內同時布置幾個不同的數據網絡。另外，這些數據總線的實現又需要布置專用的數據通信線束，這樣增加了汽車內的線束、制造成本和維護難度，給汽車內的數據傳輸帶來不穩定的因素。本文介紹一種新的汽車總線數據傳輸方式——汽車電力載波總線數據通信技術，該方式在不增加汽車內線束的基礎上可實現汽車內各ECU模塊之間的數據傳輸和共享。
1 系統總線通信信道模型分析
與低壓電網載波通信系統一樣，汽車電力線載波系統的負載也是復雜和時變的。各種類型的電器有時接通，有時斷開，使得導線的阻抗特性具有很大的波動性，系統的傳遞函數隨負載的變化隨時發生改變，是一個時變系統。圖1所示的時變通信信道模型，可以用來表述汽車電力線載波總線系統。圖中，除了噪聲干擾被表示為加性的隨機干擾過程外，系統中其他的部分都以相應的頻率響應函數表示。通信系統中的傳遞函數以及噪聲模型可以通過測量得到，也可以通過理論分析得到。這個系統模型比較全面地概括了通信系統設計時所必須考慮的重要特性。
圖1 汽車PLC系統時變通信信道模型
要進一步研究汽車電力線載波系統的特性，就要確定信道模型中傳輸特性的參數。本文使用美國Aglient公司生產的矢量網絡分析儀8712ES，其結構框圖如圖2所示。對于一個汽車系統，足夠地、精確地描述車載網絡的參數實際上是不可能的。這里采用實驗法研究其信道模型。實驗法是把系統看成一個黑箱，不需要精確知道箱內結構，只要通過實驗得到描述這個黑箱信號傳遞特性的傳遞函數就能表述這個系統。
圖2 網絡分析儀結構框圖
對于汽車電力線載波通信信道，其頻率響應是一個緩慢變化的隨機過程。這個隨機過程可以看成是一個方差為σ2的白噪聲經過一個因果穩定濾波器的輸出。正確地選擇這個濾波器的系數，就能把這個隨機過程用有限的參數表示出來。把已經獲得的數據送入計算機處理、分析方差的變化開始變緩，可以確定系統頻率響應，用3個系數和1個白噪聲的方差表示為:
。根據模型系數的統計特性認為，通信信道的頻率響應應該是白噪聲隨機過程經過AR模型系數所構成的濾波器后的輸出，可以通過計算機編制程序來產生信道的頻率響應。這里假定系數都是獨立的高斯隨機變量，仿真結果如圖3所示。
圖3 汽車電力線載波通信信道響應仿真結果
本文在大量實驗測量的基礎上，在500 kHz～10 MHz頻帶上對汽車電力線載波通信信道的傳輸特性進行了研究，并用隨機信號處理方法建立了信道幅頻特性的3階自回歸模型，得到以下結論:
① 汽車電力線載波通信信道不存在通常低壓電力線載波通信信道都會遇到的多孔徑傳輸的問題。
② 汽車電力線載波通信信道具有時變性，在頻域內，該時變性只發生在5 MHz以下的頻率范圍內；在頻率高于5 MHz的頻率時，時變性不明顯。
2 系統設計
圖4 汽車載波通信的網絡拓撲結構原理框圖
根據系統總線通信信道模型分析，汽車電力載波總線采用汽車載波通信標準和協議；同時，結合汽車內各電器對數據傳輸速率要求的實際情況，組建不同數據速率的汽車線束載波通信網絡。高速載波通信網絡將汽車內需要高數據傳輸速率的模塊連接在一起，而對速率要求不高的電器模塊則使用低速通信網絡。這樣，汽車內的所有電器就可以通過很少的幾根電力線束分別連接在一起，組成幾個子系統。這些子系統之間通過網間連接器（網關）實現信息共享，達到汽車各電器模塊的協同動作，實現汽車智能控制。圖4是汽車載波通信的網絡拓撲結構原理框圖。在這種拓撲結構的汽車載波通信系統中，各電器模塊與載波通信模塊之間的連接采用新的汽車載波通信總線標準。
本設計中的汽車載波通信系統采用主從結構，整體的網絡結構呈樹狀分布。系統中包括一個主控制模塊和多個從控制模塊。從網絡拓撲結構的角度來看，整個通信系統就是由主控制模塊、汽車電力線束以及從控制模塊組成，在系統中汽車電力線束同時也起到了通信信道的作用。圖5顯示了連接在汽車內載波通信系統中的主控制模塊與電動門窗及電動椅等負載的連接情況。控制信息通過汽車電力線束，在各個控制模塊之間傳輸。
圖5 汽車載波通信系統負載連接原理
3 系統控制單元的實現
采用載波通信技術的智能汽車照明控制系統包括主控制模塊及從控制模塊。圖6為系統控制單元連接框圖。從圖中可以看出，除了外部接口外，主控模塊與從控模塊之間沒有太大的差別。它們都包括有CPU模塊、調制解調模塊、耦合模塊。這些都是進行載波通信所必需的單元。下面將詳細論述這幾部分模塊的具體實現。
圖6 系統控制單元連接框圖
各個控制單元系統采用了PIC系列單片機，主控制單元采用的是PIC16F877，而從控制單元采用的則是PIC16F873。 PIC(Peripheral Interface Controller，外圍接口控制器)，是由美國Microchip公司推出的單片機系列。
3.1 主控制單元的具體實現
下面以主控制單元中CPU模塊的具體應用為主，介紹系統中CPU的具體實現。圖7所示為主控制單元CPU模塊的控制連接電路。
主控制模塊沒有具體的負載控制要求。根據功能的不同，它可以分為內部系統及外部系統兩部分。外部系統方面，主要起與系統外部進行信息交流的作用，包括人機接口及CAN總線模塊。通過該部分，系統可以接收由外部發送過來的命令，同時也能夠將本系統的各個單元模塊狀態信息發送給外部系統。內部系統方面，主控制單元的任務是將外部來的命令轉化為具體的控制內容，發送給系統內的各個從控制單元，以及接收各個從控制單元發送上來的狀態信息，并對整個系統的運行起管理控制作用。
圖7 主控制單元CPU模塊控制連接電路
主控制模塊外部系統任務的實現是通過它與外部系統的接口來實現的。如圖6所示，系統擴展的CAN總線接口用于與汽車內的其他子系統的信息交流，以實現汽車內各子系統的信息共享，使它們能夠協同動作，實現汽車的智能控制。主控制模塊擴展的鍵盤模塊用于接收操作人員的控制命令。
總線系統內部信息的交流是通過載波耦合模塊來實現的。根據上述分析可知，系統的信號耦合模塊包含發送、接收兩個部分。將發送、接收耦合輸出分開，可以避免系統內部的信息傳輸混亂。
另外，主控制單元還擴展了一個系統狀態信息顯示模塊，該模塊通過一系列LED來顯示系統內各從控制單元的運行狀態。由于主控制單元的接口較多，所以采用了具有33個輸入/輸出引腳的作為主控制單元控制CPU。
對于各個從控制單<
